Korytová eroze
Zdeněk Máčka
Z8308 Fluviální geomorfologie (11)
Základní typy eroze
• Prostorové měřítko údolí
– hloubková údolí s příčným profilem tvaru písmene V
– boční (laterální) údolí s neckovitým příčným profilem, meandrování
– zpětná (retrográdní) postupuje proti proudu, vznik říčních teras
• Detailní měřítko koryta vodního toku
– hloubková prohlubování koryta
– boční (břehová, laterální) rozšiřování koryta, pokud předbíhá ukládání
na konvexním břehu
Kontaktní plocha, kde se odbývá eroze
/channel boundary, sedimentary system/
Dnové splaveniny /bed load/
Krycí vrstva /armor/
Substrát /substrate, bulk bed material/
sypké dno
kohezivní dno
skalní nebo kalové koryto
dvoufázový
průběh eroze
Výkon vodního toku
Ω = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌 = 𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾𝛾
(𝑊𝑊. 𝑚𝑚−1)
specifický výkon
𝜔𝜔 = Ω
𝑤𝑤�
(𝑊𝑊. 𝑚𝑚−2)
nebo také:
𝜔𝜔 = 𝜏𝜏0. 𝑣𝑣̅
Unášecí schopnost:
• Schopnost daného průtoku zvednout ze dna (erodovat) částice určité
velikosti
• Roste s nárůstem tečného napětí
𝜌𝜌 = měrná hmotnost vody
g = gravitační zrychlení
𝑄𝑄 = průtok
s = sklon
𝜏𝜏0= průměrné tečné napětí
𝑣𝑣̅= střední profilová rychlost
Uvolňování částic ze dna
vztlak + trakce
DNOVÁ EROZE
síly nutící zrno k pohybu / síly nutící zrno zůstat na místě
hraniční podmínky lze definovat pomocí:
• kritické (vymílající) rychlosti (vkr)
• kritického tečného napětí (τkr)
• vztlaku
proudění vody
složka ponořené hmotnosti zrna ve směru sklonu
složka ponořené hmotnosti zrna kolmo ke dnu
zaklínění mezi jinými zrny
Určení vymílající rychlosti
Hjulstrømův diagram
Tečné napětí na dně
Rovnováha sil při rovnoměrném proudění
Tečné napětí působící na omočený obvod
𝜏𝜏𝑧𝑧. Δ𝑥𝑥 = 𝜌𝜌. 𝑔𝑔. (ℎ − 𝑧𝑧). Δ𝑥𝑥. 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑠𝑠
𝜏𝜏0 = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝑖𝑖0
𝜏𝜏0. 𝑃𝑃. Δ𝑥𝑥 = 𝜌𝜌. 𝑔𝑔. 𝐴𝐴. Δ𝑥𝑥. 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠
P = omočený obvod
A = plocha průtočného profilu
Vzhledem k tomu, že 𝑅𝑅 = 𝐴𝐴
𝑃𝑃�
Jedná se o průměr na omočeném obvodě!
τz = tečné napětí v hloubce (h – z) pod hladinou
pro malé úhly α je sinα ≈ tgα ≈ i0
i0 = sklon dna
α
𝜏𝜏𝑧𝑧 = 𝜌𝜌𝜌𝜌(ℎ − 𝑧𝑧)𝑖𝑖0
𝜏𝜏𝑧𝑧 = 𝜏𝜏𝑧𝑧=0 = 𝜌𝜌𝜌𝜌𝜌𝑖𝑖0
Počátek eroze
Stanovení pomocí kritického tečného napětí, rovnice různých autorů
Schoklitsch
𝜏𝜏𝑘𝑘 = 10 0,201𝑔𝑔2 𝜌𝜌(𝜌𝜌𝑠𝑠 − 𝜌𝜌)𝐶𝐶𝑇𝑇 𝑑𝑑𝑒𝑒
3
Krey
𝜏𝜏𝑘𝑘 = 0,7143𝜌𝜌𝜌𝜌𝑒𝑒
Kramer
𝜏𝜏𝑘𝑘 =
1
6𝑀𝑀
(𝜌𝜌𝑠𝑠 − 𝜌𝜌)𝑑𝑑𝑒𝑒 modul homogenity 𝑀𝑀 =
∑ 𝑑𝑑𝑖𝑖.𝑝𝑝𝑖𝑖
50%
0%
∑ 𝑑𝑑𝑖𝑖.𝑝𝑝𝑖𝑖
100%
50%
di = aritmetický průměr mezních hodnot frakce
pi = procentuální podíl zrnitostní frakce
de = efektivní průměr zrna
ρ = hustota vody
ρs = hustota materiálu splavenin
CT = tvarový součinitel
CT = 1 kulová zrna CT = 4,4 plochá zrna
Efektivní průměr zrna
Počátek eroze
určení pomocí Shieldsova paremateru jako funkce třecího Reynoldsova čísla
v pohybu
bez pohybu
TRAKCE
SUSPENZE
třecí Reynoldsovo číslo
Shieldsův parametr
(bezrozměrné tečné
napětí)
Shieldsův diagram
BŘEHOVÁ EROZE
Dílčí procesy břehové eroze:
• přípravné procesy (oslabování břehu)
slacking, nasycení vodou, promrzání
• působení proudící vody
• sesouvání (kolaps) břehů
termoeroze
Axel Heiberg Island
sesouvání břehu
Enormní jednorázová donáška materiálu do koryta vodního toku
Selawik, Aljaška, srpen 2008 (66°29'53.04"N, 157°36'42.92"W)
Faktory a rychlost břehové eroze
Vlastnosti proudění
Složení materiálu břehů
Klima
Podpovrchové podmínky
Tvar koryta
Organizmy
Lidské zásahy
Řeka Plocha
povodí
Průměrná rychlost
břehové eroze (m/rok)
Období Autor
Bollin-Dean, Chechishire 12-120 0-0,9 1967-69 Knighton (1973)
Cound, Shropshire 100 0,64 1972-74 Hughes (1977)
Crawfordsburn, S. Irsko 3 0-0,05 1966-68 Hill (1973)
Exe, Devon 620 0,62-1,18 1974-76 Hooke (1980)
Mississippi, Louisiana 4,5 1945-62 Stanley et al. (1966)
Torrens, Austrálie 78 0,58 1960-63 Twidale (1964)
Watts Branch, Maryland 10 0,5-0,6 1955-57 Wolman (1959)
Wisloka, Polsko 8-11 1970-72 Klimek (1974)